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充电电池的基本常识
( 发表时间:2011-4-7 10:26:23 )

充电电池的基本常识

(深圳市德工电子科技有限公司) 

一.电压:

  两极间的电位差称为电池的电压。主要有标称(额定)电压、开路电压、充电终止(截止)电压和放电终止 (截止)电压、实际电压等。电池刚出厂时,正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极
电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时,单元电池的输出电压略有变化,此外,电 池的输出电压与电池的剩余电量也有一定关系。

常用的电池标称电压有:
  镍镉镍氢(NiCd/NiMH): 1.2V 锂离子锂聚合物(Li-ion/Lipo):3.7V 碱性碳性柱(LR/R_P):1.5V 碱性扣式(AG): 1.5V 锂锰扣式柱式(CR) : 3.0V 锂亚硫酰氯(ER) : 3.6V 铅酸蓄电池(VRLA): 2.0V 锌空气电池(Zinc): 1.2V 电池刚充满电后的电压称为开路电压;蓄电池充足电时,极板上的活性物质已达到饱和状态,再继续充电, 电池的电压也不会上升,此时的电压称为充电终止电压。实际测得的电池电压称为实际电压。

  镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V; 锂离子电池的充电终止电压为4.25V; 镍氢电池的充电终止电压为1.5V; 锂聚合物电池的充电终止电压4.25V; 放电终止电压是指电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后电池继续放电,电池两端电压会 迅速下降,形成深度放电,这样,极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复,从而影响电池的寿命。放电终止
电压和放电率有关。放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下,放电电流越大,电池的容量越小。

镍镉电池的放电终止电压一般在1.0V-1.1V; 锂离子电池的放电终止电压为3.0V

镍氢电池的放电终止电压一般规定为1V; 锂聚合物电池的放电终止电压3.0V

二.电流:

  蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示,C为蓄电池的标称(额定)容量。例如,用2A电流对1Ah电池充
电,充电速率就是2C;同样地,用2A电流对500mAh电池充电,充电速率就是4C。

三.容量:

   电池充足电后,在一定放电条件下,放至规定的终止电压时,电池放出的总容量称为电池的标称(额定)容量。 电池的容量通常用Ah(安时)表示,1Ah就是能在1A的电流下放电1小时。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有 的电荷量,而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定,通常电池体积越大,容量越高。

四.内阻:

  电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中,极板的电阻是不变的,但是,离子流的阻 抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。

五.分类:


 1.按外观: 分为园柱型、方型、纽扣型、异型、组合型等。
 2.按使用次数: 分为一次电池(不能重复使用,如干电池等),二次电池(可以多次充电循环使用,如镍氢锂离子等)。
 3.按材料: 分为镍镉镍氢、锂离子锂聚合物、碱性碳性、锂亚硫酰氯、氧化银、铅酸电池等。

六.记忆效应:

  镍氢镍镉电池在使用过程中,如果电量没有全部放完就开始充电,下次再放电时,就不能放出全部电 量。比如,镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电,充足电后,该电池也只能放出80%的电量,这种现象称为镍氢 镍镉电池的记忆效应。记忆效应可用多次的过放电来消除。

七.串联/并联:

  当电池组串联时,电压叠加,容量不变;当电池组并联时,容量叠加,电压不变。

八.充电过程与充电方法:


  电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。 对长期不用的或新电池充电时,一开始就采用快速充电,会影响电池的寿命。因此,这种电池应先用小电流 充电,使其满足一定的充电条件,这个阶段称为预充电。

  快速充电就是用大电流充电,迅速恢复电池电能。快速充电速率一般在1C以上,快速充时间由电池容量和充 电速率决定。

  为了避免过充电,一些充电器采用小电流充电。镍氢镍镉电池正常充电时,可以接受C/10或更低的充电速率, 这样充电时间要10小时以上。采用小电流充电,电池内不会产生过多的气体,电池温度也不会过高。只要电池接到 充电器上,低速率恒流充电器就能对电池提供很小的涓流充电电流。电池内产生的热量可以自然散去。

  快速充电分恒流充电和脉冲充电两种,恒流充电就是以恒定电流对电流充电,脉冲充电则是首先用脉冲电流对 电池充电,然后让电池放电,如此循环。电池脉冲的幅值很大、宽度很窄。通常放电脉冲的幅值为充电脉冲的3倍左右 虽然放电脉冲的幅值与电池容量有关,但是,与充电电流幅值的比值保持不变。 采用某些快速充电止法时,快速充电终止后,电池并未充足电。为了保证充入100%的电量,还应加入补足充电 过程。补足充电速率一般不超过0.3C。在补足充电过程中,温度会继续上升,当温度超过规定的极限时,充电器转入 涓流充电状态。

  存放时,镍氢镍镉电池的电量将按C/30到C/50的放电速率减小,为了补偿电池因自放电而损失的电量,补足充电 结束后,充电器应自动转入涓流电过程,涓流充电也称为维护充电。根据电池的自放电特性,涓流充电速率一般都很低。
只要电池接在充电器上并且充电器接通电源,在维护充电状态下,充电器将以某一充电速率给电池补充电荷,这样可 使电池总处于充足电状态。

九.镍氢镍镉快速充电终止控制方法:


  从镍氢镍镉电池快速充电特性可以看出,充足电后,电池电压开始下降,电池的温度和内部压力迅速上升, 为了保证电池充足电又不过充电,经常采用定时控制、电压控制和温度控制等多种方法:
 (1)定时控制:
  采用1.25C充电速率时,电池1h可充足;采用2.5C充电速率时,30min可充足。因此,根据电池的容量和充电电流, 很容易确定所需的充电时间。这种控制方法最简单,但是由于电池的起始充电状态不完全相同,有的电池充不足, 有的电池过充电,因此,只有充电速率小于0.3C时,才允许采用这种方法。

 (2)电压控制:
  在电压控制法中,最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有:

  最高电压(Vmax) 从充电特性曲线可以看出,电池电压达到最大值时,电池即充足电。充电过程中,当电池 电压达到规定值后,应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点是:电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而 变,而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别,因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已足充电。

 电压负增量(-ΔV) 由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关,而且不受环境温度和充电速率等因素 影响,因此可以比较准确地判断电池已充足电。这种控制方法的缺点是:电池电压出现负增量后,电池已经过充电, 因此电池的温度较高。此外镍氢电池充足电后,电池电压要经过较长时间,才出现负增量,过充电较严重。因此,这种控制方法主要适用于镍镉电池。 电压零增量(0ΔV) 镍氢电池充电器中,为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池,通常采用0ΔV 控制法。这种方法的缺点是:充足电以前,电池电压在某一段时间内可能变化很小,从而造成过早地停止快速充电。 为此,目前大多数镍氢电池快速充电器都采用高灵敏-0ΔV检测,当电池电压略有降低时,立即停止快速充电。

 (3)温度控制:
  为了避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,电池温度上升到规定数值后,必须立即停止快速充电。
常用的温度控制方法有:

  最高温度(Tmax):充电过程中,通常当电池温度达到45℃时,应立即停止快速充电。电池的温度可通过与电池 装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长,温度检测有一定滞后,同时,电池的最高 工作温度与环境温度有关。当环境温度过低时,充足电后,电池的温度也达不45℃。
  温升(ΔT):为了消除环境影响,可采用温升控制法。当电池的温升达到规定值后,立即停止快速充电。为了实 现温升控制,必须用两只热敏电阻,分别检测电池温度和环境温度。

  温度变化率(ΔT/Δt): 镍氢和镍镉电池充足电后,电池温度迅速上升,而且上升速率ΔT/Δt基本相同,当电池温度 每分钟上升1℃时,应当立即终止快速充电,为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。 最低温度(Tmin) 当电池温度低于10℃时,采用大电流快速充电,会影响电池的寿命。在这种情况下,充电器 应自动转入涓流充电,待电池的温度上升到10℃后,再转入快速充电。

(4)综合控制:


  上述各种控制方法各有优缺点。为了保证在任何情况下,均能准确可靠地控制电池的充电状态,目前镍氢镍镉 快速充电器中通常采用包括定时控制、电压控制和温度控制的综合控制法。

 
 
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